KR20190122482A - 마스크의 제조 방법 및 이에 사용되는 모판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마스크의 제조 방법 및 이에 사용되는 모판에 관한 것이다. 본 발명에 따른 마스크의 제조 방법은, 전주 도금(Electroforming)으로 마스크를 제조하는 방법으로서, (a) 전도성 기재(41) 및 전도성 기재(41) 주변에 배치되는 프레임(30)을 제공하는 단계; (b) 전도성 기재(41)와 프레임(30) 사이에 금속 필러(50)를 개재하여 전도성 기재(41)와 프레임(30)을 접착하는 단계; (c) 전도성 기재(41), 금속 필러(50), 프레임(30)의 구조체(20)를 음극체(Cathode Body; 20)로 사용하여, 전주 도금으로 구조체(20) 상에 도금막(100: 100a-100d)을 형성하는 단계; (d) 금속 필러(50)가 용융될 수 있는 열(MH)을 인가하는 단계; (e) 전도성 기재(41)를 도금막(100) 및 프레임(30)으로부터 분리하는 단계; 및 (f) 도금막(100)을 열처리(H)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마스크의 제조 방법 및 이에 사용되는 모판 {PRODUCING METHOD OF MASK AND MOTHER PLATE USED THEREFOR}

본 발명은 마스크의 제조 방법 및 이에 사용되는 모판에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전주 도금 방식을 이용하여 패턴을 가지는 마스크를 형성하고, 전도성 기재를 용이하게 분리한 후 프레임과 마스크가 일체인 상태로 열처리 할 수 있는 마스크의 제조 방법 및 이에 사용되는 모판에 관한 것이다.

최근에 박판 제조에 있어서 전주 도금(Electroforming) 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 전주 도금 방법은 전해액에 양극체, 음극체를 침지하고, 전원을 인가하여 음극체의 표면상에 금속박판을 전착시키므로, 극박판을 제조할 수 있으며, 대량 생산을 기대할 수 있는 방법이다.

한편, OLED 제조 공정에서 화소를 형성하는 기술로, 박막의 금속 마스크(Shadow Mask)를 기판에 밀착시켜서 원하는 위치에 유기물을 증착하는 FMM(Fine Metal Mask) 법이 주로 사용된다.

도 1 및 도 2는 종래의 FMM(Fine Metal Mask) 제조 과정을 나타내는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 기존의 마스크 제조 방법은, 마스크로 사용될 금속 박판(1)을 마련하고[도 1의 (a)], 금속 박판(1) 상에 PR(Photoresist; 2) 코팅 후 패터닝을 하거나, 패턴을 가지도록 PR(2) 코팅한 후[도 1의 (b)], 식각을 통해 패턴(P)을 가지는 마스크(3)를 제조하였다.

도 2를 참조하면, 도금을 이용한 기존의 마스크 제조 방법은, 기판(4)[도 2의 (a)]을 준비하고, 기판(4) 상에 소정의 패턴을 가지는 PR(2)을 코팅한다[도 2의 (b)]. 이어서, 기판(4) 상에 도금을 수행하여 금속 박판(3)을 형성한다[도 2의 (c)]. 이어서, PR(2)을 제거하고[도 2의 (d)], 기판(4)으로부터 패턴(P)이 형성된 마스크(3)[또는, 금속 박판(3)]을 분리한다[도 2의 (e)].

위와 같은 종래의 FMM 제조 과정은, 매번 기판에 PR을 코팅하고, 식각하는 공정이 수반되므로, 공정 시간, 비용이 증가하고, 생산성이 낮아지는 문제점이 있었다.

또한, 기존의 OLED 제조 공정에서는 마스크를 스틱 형태, 플레이트 형태 등으로 제조한 후, 마스크를 OLED 화소 증착 프레임에 용접 고정시켜 사용한다. 대면적 OLED 제조를 위해서 여러 개의 마스크를 OLED 화소 증착 프레임에 고정시킬 수 있는데, 마스크끼리의 정렬이 잘 되지 않는 문제점이 있었다. 또한, 프레임에 용접 고정하는 과정에서, 마스크 막의 두께가 너무 얇고 대면적이기 때문에 하중에 의해 마스크가 쳐지거나 뒤틀어지는 문제점이 있었다.

또 한편, 초고화질의 OLED 제조 공정에서는 수 ㎛의 미세한 정렬의 오차도 화소 증착의 실패로 이어 질 수 있으므로, 화소 증착 공정에서 열에 의한 변형을 방지할 수 있도록, 열팽창계수가 낮은 FMM을 제조하는 기술이 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 마스크와 프레임을 일체로 형성함에 따라, 마스크의 정렬을 명확하게 하여 화소 증착의 안정성을 향상시킬 수 있는 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 열처리를 통해 낮은 열팽창계수를 가지는 마스크를 제조할 수 있고, 열처리 과정에서 마스크 패턴의 변형을 방지할 수 있는 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 전주도금 공정을 마친 후에 전도성 기재를 프레임 및 마스크로부터 용이하게 분리할 수 있는 모판을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 상기의 목적은, 전주 도금(Electroforming)으로 마스크를 제조하는 방법으로서, (a) 전도성 기재 및 전도성 기재 주변에 배치되는 프레임을 제공하는 단계; (b) 전도성 기재와 프레임 사이에 금속 필러를 개재하여 전도성 기재와 프레임을 접착하는 단계; (c) 전도성 기재, 금속 필러, 프레임의 구조체를 음극체(Cathode Body)로 사용하여, 전주 도금으로 구조체 상에 도금막을 형성하는 단계; (d) 금속 필러가 용융될 수 있는 열을 인가하는 단계; (e) 전도성 기재를 도금막 및 프레임으로부터 분리하는 단계; 및 (f) 도금막을 열처리하는 단계를 포함하는, 마스크의 제조 방법에 의해 달성된다.

그리고, 본 발명의 상기의 목적은, 전주 도금(Electroforming)으로 마스크를 제조하는 방법으로서, (a) 일면 상에 패턴화된 절연부가 형성된 전도성 기재 및 전도성 기재 주변에 배치되는 프레임을 제공하는 단계; (b) 전도성 기재와 프레임 사이에 금속 필러를 개재하여 전도성 기재와 프레임을 접착하는 단계; (c) 전도성 기재, 금속 필러, 프레임의 구조체를 음극체(Cathode Body)로 사용하여, 전주 도금으로 구조체 상에 도금막을 형성하는 단계; (d) 금속 필러가 용융될 수 있는 열을 인가하는 단계; (e) 전도성 기재를 도금막 및 프레임으로부터 분리하는 단계; 및 (f) 도금막을 열처리하는 단계를 포함하는, 마스크의 제조 방법에 의해 달성된다.

전도성 기재는 도핑된 단결정 실리콘 재질, 또는 Ti, SUS, Cu, Ag, GaN, SiC, GaAs, GaP, AlN, InN, InP, Ge, Al₂O₃, 흑연(graphite), 그래핀(graphene), 페로브스카이트(perovskite) 구조의 세라믹, 단결정 초내열합금 중 어느 하나의 재질일 수 있다.

금속 필러는 융점이 250℃를 초과하지 않을 수 있다.

금속 필러는 In, Sn, InSn, AuSn, InSb, PbSn, Pb 중 어느 하나의 재질일 수 있다.

(b) 단계와 (c) 단계 사이에, 금속 필러의 상부를 연마하여 전도성 기재 및 프레임과 상부면을 일치시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

절연부는 포토레지스트, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중 어느 하나의 재질일 수 있다.

(f) 단계의 열처리는 300℃ 내지 800℃로 수행할 수 있다.

도금막은 인바(Invar) 또는 슈퍼 인바(Super Invar) 재질이고, 프레임은 인바, 슈퍼 인바, Ti, Al, Ni, Ni-Co, Mo, W, SUS, SiC, 흑연 중 어느 하나의 재질일 수 있다.

(g) 도금막의 적어도 프레임과 접촉된 영역보다 내측 영역에 레이저를 조사하는 단계; 및 (h) 프레임으로부터 도금막을 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 상기의 목적은, 전주 도금(Electroforming)으로 마스크를 제조시 사용되는 모판(Mother Plate으로서, 전도성 기재; 전도성 기재 주변에 배치되는 프레임; 및 전도성 기재와 프레임 사이에 개재되는 금속 필러를 포함하는, 모판에 의해 달성된다.

그리고, 본 발명의 상기의 목적은, 전주 도금(Electroforming)으로 마스크를 제조시 사용되는 모판(Mother Plate으로서, 일면 상에 패턴화된 절연부가 형성된 전도성 기재; 전도성 기재 주변에 배치되는 프레임; 및 전도성 기재와 프레임 사이에 개재되는 금속 필러를 포함하는, 모판에 의해 달성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 마스크의 정렬을 명확하게 하여 화소 증착의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 열처리를 통해 낮은 열팽창계수를 가지는 마스크를 제조할 수 있고, 열처리 과정에서 마스크 패턴의 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 마스크 및 마스크 패턴의 변형이 없이, 열처리로 인한 열팽창계수가 낮아진 특성을 가지는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전주도금 공정을 마친 후에 전도성 기재를 프레임 및 마스크로부터 용이하게 분리할 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 FMM(Fine Metal Mask) 제조 과정을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 FMM을 이용한 OLED 화소 증착 장치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 제조하는 과정 및 모판을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 후의 마스크의 열팽창계수(coefficient of expansion, CTE)를 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 6의 프레임 일체형 마스크를 적용한 OLED 화소 증착 장치를 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크로부터 마스크를 분리하는 과정을 나타내는 개략도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 FMM(100)을 이용한 OLED 화소 증착 장치(200)를 나타내는 개략도이다.

도 3을 참조하면, 일반적으로 OLED 화소 증착 장치(200)는, 마그넷(310)이 수용되고, 냉각수 라인(350)이 배설된 마그넷 플레이트(300)와, 마그넷 플레이트(300)의 하부로부터 유기물 소스(600)를 공급하는 증착 소스 공급부(500)를 포함한다.

마그넷 플레이트(300)와 소스 증착부(500) 사이에는 유기물 소스(600)가 증착되는 유리 등의 대상 기판(900)이 개재될 수 있다. 대상 기판(900)에는 유기물 소스(600)가 화소별로 증착되게 하는 FMM(100)이 밀착되거나 매우 근접하도록 배치될 수 있다. 마그넷(310)이 자기장을 발생시키고 자기장에 의한 인력으로 FMM(100)이 대상 기판(900)에 밀착될 수 있다.

스틱형(Stick-Type) 마스크[도 4의 (a) 참조], 플레이트형(Plate-Type) 마스크[도 4의 (b) 참조]는 대상 기판(900)에 밀착되기 전에 얼라인(align)이 필요하다. 하나의 마스크 또는 복수의 마스크는 프레임(800)에 결합될 수 있다. 프레임(800)은 OLED 화소 증착 장치(200) 내에 고정 설치되고, 마스크는 별도의 부착, 용접 공정을 거쳐 프레임(800)에 결합될 수 있다.

증착 소스 공급부(500)는 좌우 경로를 왕복하며 유기물 소스(600)를 공급할 수 있고, 증착 소스 공급부(500)에서 공급되는 유기물 소스(600)들은 FMM 마스크(100)에 형성된 패턴(PP)을 통과하여 대상 기판(900)의 일측에 증착될 수 있다. FMM 마스크(100)의 패턴을 통과한 증착된 유기물 소스(600)는 OLED의 화소(700)로서 작용할 수 있다.

새도우 이펙트(Shadow Effect)에 의한 화소(700)의 불균일 증착을 방지하기 위해, FMM 마스크(100)의 패턴(PP)은 경사지게 형성(S)[또는, 테이퍼 형상(S)으로 형성]될 수 있다. 경사진 면을 따라서 대각선 방향으로 패턴(PP)을 통과하는 유기물 소스(600)들도 화소(700)의 형성에 기여할 수 있으므로, 화소(700)는 전체적으로 두께가 균일하게 증착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전주 도금 장치(미도시)는, 도금조, 음극체(Cathode Body; 20)[또는, 모판(mother plate; 20), 도 5의 (c) 참조], 양극체(Anode Body), 전원공급부 등을 포함한다.

도금조 내에는 도금액이 수용된다. 도금액은 전해액으로서, 마스크(100)로 사용될 도금막(100)의 재료가 될 수 있다. 일 실시예로, 철니켈합금인 인바(Invar) 박판을 도금막(100)으로서 제조하는 경우, Ni 이온을 포함하는 용액 및 Fe 이온을 포함하는 용액의 혼합액을 도금액으로 사용할 수 있다. 다른 실시예로, 철니켈코발트합금인 슈퍼 인바(Super Invar) 박판을 도금막(100)으로 제조하는 경우, 일 예로, Ni 이온을 포함하는 용액, Fe 이온을 포함하는 용액 및 Co 이온을 포함하는 용액의 혼합액을 도금액으로 사용할 수도 있다. 인바 박판, 슈퍼 인바 박판은 OLED의 제조에 있어서 FMM(Fine Metal Mask), 새도우 마스크(Shadow Mask)로 사용되며, 전자빔을 형광체에 정확하게 유도할 수 있는 역할을 한다. 그리고, 인바 박판은 열팽창계수가 약 약 1.0 X 10^-6/℃, 슈퍼 인바 박판은 열팽창계수가 약 1.0 X 10^-7/℃ 정도로 매우 낮기 때문에 열에너지에 의해 마스크의 패턴 형상이 변형될 우려가 적어 고해상도 OLED 제조에서 주로 사용된다. 이 외에도 목적하는 도금막(100)에 대한 도금액을 제한없이 사용할 수 있으며, 본 명세서에서는 인바 박판(100)[또는, 인바 마스크(100)]을 제조하는 것을 주된 예로 상정하여 설명하고, 도금막(100)과 마스크(100)을 병용하여 설명한다.

도금액이 외부의 도금액 공급수단(미도시)으로부터 도금조로 공급될 수 있으며, 도금조 내에는 도금액을 순환시키는 순환 펌프(미도시), 도금액의 불순물을 제거하는 필터(미도시) 등이 더 구비될 수 있다.

음극체(20)[또는, 모판(20)]는 일측이 평평한 평판 형상 등을 가지며, 도금액 내에 음극체(20)의 전부가 침지될 수 있다. 음극체(20) 및 양극체가 수직 또는 수평으로 배치될 수 있고, 도금액 내에 음극체(20), 양극체의 적어도 일부 또는 전부가 침지될 수 있다.

음극체(20)의 표면 상에 도금막(100)이 전착되고, 도금막(100)에 음극체(20)의 절연부(45)[도 5의 (a) 참조]와 대응하는 패턴이 형성될 수 있다. 본 발명의 음극체(20)는 도금막(100)의 생성 과정에서 패턴까지 형성할 수 있으므로, 음극체(20)를 "모판"(Mother Plate; 20) 또는 "몰드"라고 표현하고 병기하여 사용한다.

양극체는 음극체(20)와 대향하도록 소정 간격 이격 설치되고, 음극체(20)에 대응하는 일측이 평평한 평판 형상 등을 가지며, 도금액 내에 양극체의 전체가 침지될 수 있다. 양극체는 티타늄(Ti), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등과 같은 불용성 재료로 구성될 수 있다. 음극체(20)와 양극체는 수cm 정도로 이격 설치될 수 있다.

전원공급부는 음극체(20)와 양극체에 전기 도금에 필요한 전류를 공급할 수 있다. 전원공급부의 (-) 단자는 음극체(20), (+) 단자는 양극체에 연결될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)를 나타내는 개략도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 모판(20)[또는, 음극체(20)]을 포함하는 전주 도금 장치(미도시)를 사용하여 제조된 마스크(100)가 도시되어 있다. 도 4의 (a)에 도시된 마스크(100)는 스틱형(Stick-Type) 마스크로서, 스틱의 양측을 OLED 화소 증착 프레임(800)에 용접 고정시켜 사용할 수 있다. 도 4의 (b)에 도시된 마스크(100)는 판형(Plate-Type) 마스크로서, 넓은 면적의 화소 형성 공정에서 사용할 수 있고, 플레이트의 테두리를 OLED 화소 증착 프레임(800)에 용접 고정시켜 사용할 수 있다. 도 4의 (c)는 도 4의 (a) 및 (b)의 A-A' 확대 측단면도이다.

마스크(100)의 바디(Body)에는 복수의 디스플레이 패턴(DP)이 형성될 수 있다. 디스플레이 패턴(DP)[또는, 디스플레이 셀]은 스마트폰 등의 디스플레이 하나에 대응하는 패턴이다. 디스플레이 패턴(DP)을 확대하면 R, G, B에 대응하는 복수의 화소 패턴(PP)을 확인할 수 있다. 화소 패턴(PP)들은 측부가 기울어진 형상, 테이퍼(Taper) 형상을 가질 수 있다[도 4의 (c) 참조]. 수많은 화소 패턴(PP)들은 군집을 이루어 디스플레이 패턴(DP) 하나를 구성하며, 복수의 디스플레이 패턴(DP)이 마스크(100)에 형성될 수 있다.

본 발명의 마스크(100)는 별도의 패터닝 공정을 거칠 필요 없이, 곧바로 복수의 디스플레이 패턴(DP) 및 화소 패턴(PP)을 가지며 제조되는 것을 특징으로 한다. 다시 말해, 전주 도금 장치에서 모판(20)[또는, 음극체(20)]의 표면에 전착되는 도금막(100)은 디스플레이 패턴(DP) 및 화소 패턴(PP)이 형성되면서 전착될 수 있다. 이하에서, 디스플레이 패턴(DP) 및 화소 패턴(PP)은 마스크 패턴으로 혼용되어 사용될 수 있다.

마스크 패턴(PP)은 상부에서 하부로 갈수록 폭이 점점 넓어지거나, 점점 좁아지는 형상을 가지는, 대략 테이퍼 형상 또는 역 테이퍼 형상을 가지는 것이 바람직하며, 마스크(100)의 상부면이 대상 기판(900)[도 3 참조]에 밀착되므로, 마스크 패턴(PP)은 상부에서 하부로 갈수록 폭이 점점 넓어지는 형상인 것이 더 바람직하다.

패턴 폭은 수 내지 수십㎛의 크기, 바람직하게는 30㎛보다 작은 크기로 형성될 수 있다. 마스크 패턴(PP)은 절연부(45)에 의해 도금막(100)의 생성이 방지됨에 따라 형성될 수 있다. 구체적인 형성 과정은 이하에서 설명한다.

도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크(10)를 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다. 그리고, 도 5의 (c)에는 본 발명의 일 실시예에 따른 모판(20)이 도시된다.

도 5의 (a)를 참조하면, 전주 도금(electroforming)을 수행할 수 있도록, 전도성 기재(41)를 준비한다. 전도성 기재(41)를 포함하는 모판(mother plate; 20)은 전주 도금에서 음극체(cathode)로 사용될 수 있다.

전도성 재질로서, 메탈의 경우에는 표면에 메탈 옥사이드들이 생성되어 있을 수 있고, 메탈 제조 과정에서 불순물이 유입될 수 있으며, 다결정 실리콘 기재의 경우에는 개재물 또는 결정립계(Grain Boundary)가 존재할 수 있으며, 전도성 고분자 기재의 경우에는 불순물이 함유될 가능성이 높고, 강도. 내산성 등이 취약할 수 있다. 메탈 옥사이드, 불순물, 개재물, 결정립계 등과 같이 전도성 기재(41)의 표면에 전기장이 균일하게 형성되는 것을 방해하는 요소를 "결함"(Defect)으로 지칭한다. 결함(Defect)에 의해, 상술한 재질의 음극체에는 균일한 전기장이 인가되지 못하여 도금막[마스크(100)]의 일부가 불균일하게 형성될 수 있다.

UHD 급 이상의 초고화질 화소를 구현하는데 있어서 도금막 및 도금막 패턴[마스크 패턴(P)]의 불균일은 화소의 형성에 악영향을 미칠 수 있다. FMM, 새도우 마스크의 패턴 폭은 수 내지 수십㎛의 크기, 바람직하게는 30㎛보다 작은 크기로 형성될 수 있으므로, 수㎛ 크기의 결함조차 마스크의 패턴 사이즈에서 큰 비중을 차지할 정도의 크기이다.

또한, 상술한 재질의 음극체에서의 결함을 제거하기 위해서는 메탈 옥사이드, 불순물 등을 제거하기 위한 추가적인 공정이 수행될 수 있으며, 이 과정에서 음극체 재료가 식각되는 등의 또 다른 결함이 유발될 수도 있다.

따라서, 본 발명은 단결정 실리콘 재질의 기재(41)를 사용할 수 있다. 전도성을 가지도록, 기재(41)는 10¹⁹ 이상의 고농도 도핑이 수행될 수 있다. 도핑은 기재(41)의 전체에 수행될 수도 있으며, 기재(41)의 표면 부분에만 수행될 수도 있다.

도핑된 단결정 실리콘의 경우는 결함이 없기 때문에, 전주 도금 시에 표면 전부에서 균일한 전기장 형성으로 인한 균일한 도금막[마스크(100)]이 생성될 수 있는 이점이 있다. 균일한 도금막을 통해 제조하는 프레임 일체형 마스크(10) 또는 마스크(100)는 OLED 화소의 화질 수준을 더욱 개선할 수 있다. 그리고, 결함을 제거, 해소하는 추가 공정이 수행될 필요가 없으므로, 공정비용이 감축되고, 생산성이 향상되는 이점이 있다.

또한, 실리콘 재질의 기재(41)를 사용함에 따라서, 필요에 따라 기재(41)의 표면을 산화(Oxidation), 질화(Nitridation)하는 과정만으로 절연부(45)를 형성할 수 있는 이점이 있다. 절연부(45)는 도금막[마스크(100)]의 전착을 방지하는 역할을 하여 도금막에 패턴[마스크 패턴(PP)]을 형성할 수 있다.

한편, 도핑된 단결정 실리콘 외에도, 단결정 재질의 전도성 기재(41)를 사용할 수 있다. 단결정 재질로는, Ti, Cu, Ag 등의 금속, GaN, SiC, GaAs, GaP, AlN, InN, InP, Ge 등의 반도체, 흑연(graphite), 그래핀(graphene) 등의 탄소계 재질, CH₃NH₃PbCl₃, CH₃NH₃PbBr₃, CH₃NH₃PbI₃, SrTiO₃ 등을 포함하는 페로브스카이트(perovskite) 구조 등의 초전도체용 단결정 세라믹, 항공기 부품용 단결정 초내열합금 등이 사용될 수 있다. 금속, 탄소계 재질의 경우는 기본적으로 전도성 재질이다. 반도체 재질의 경우에는, 전도성을 가지도록 1019 이상의 고농도 도핑이 수행될 수 있다. 기타 재질의 경우에는 도핑을 수행하거나 산소 공공(oxygen vacancy) 등을 형성하여 전도성을 형성할 수 있다.

기재(41)의 적어도 일면 상에는 절연부(45)가 형성될 수 있다. 절연부(45)는 패턴을 가지고 형성될 수 있고, 테이퍼 형상, 역테이퍼 형상의 패턴을 가지는 것이 바람직하다. 절연부(45)는 전도성 기재(41)를 베이스로 하는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등일 수 있고, 포토레지스트를 사용할 수도 있다. 포토레지스트를 사용하여 테이퍼 형상, 역테이퍼 형상의 패턴을 형성할 때에는 다중 노광 방법, 영역마다 노광 강도를 다르게 하는 방법 등을 사용할 수 있다. 절연부(45) 없이 일면이 평면인 기재(41)를 사용하고, 전주 도금 후 형성된 도금막(100)에 에칭 등으로 마스크 패턴(PP)을 형성하는 것도 가능하다.

다음으로, 도 5의 (b)를 참조하면, 전도성 기재(41)의 주변에 프레임(30)을 배치한다. 프레임(30)은 적어도 전도성 기재(41)의 일면과는 수평이 맞도록 배치하는 것이 바람직하다. 전도성 기재(41)와 프레임(30) 사이에 후술할 금속 필러(50)가 삽입될 수 있도록, 전도성 기재(41)와 프레임(30)는 소정의 간격을 가질 수 있다. 이 간격은 너무 크지 않는 것이 바람직하며, 일 예로, 약 1~2 mm 일 수 있다.

프레임(30)은 전도성 기재(41)를 둘러싸는 형상을 가질 수 있다. 프레임(30)은 내부가 빈 사각형, 다각형, 원형의 테두리 형상을 가질 수 있다. 프레임(30)은 인바, 슈퍼 인바, Ti, Al, Ni, Ni-Co, Mo, W, SUS, SiC, 흑연 등의 재질로 구성될 수 있으며, 열변형을 고려하여 마스크(100)와 동일한 열팽창계수를 가지는 인바, 슈퍼 인바, 니켈, 니켈-코발트 등의 재질로 구성되는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 5의 (c)를 참조하면, 전도성 기재(41)와 프레임(30) 사이에 금속 필러(50)를 개재할 수 있다. 본 발명은 금속 필러(50)를 전도성 기재(41)와 프레임(30) 사이에 채워 전도성 기재(41)와 프레임(30)을 접착하는 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명의 모판(20)은 전도성 기재(41)[및 절연부(45)], 프레임(30) 및 금속 필러(50)의 구조체를 의미할 수 있다.

종래에는, 전도성 기재와 프레임을 접착한 구조체 상에 도금막을 전착한 후, 전도성 기재를 분리하여 프레임과 도금막이 일체화 된 마스크를 제조하였다. 다만, 전도성 기재와 프레임을 접착하기가 쉽지 않고, 접착하더라도 전도성 기재와 프레임이 얼라인 된 형태를 유지하기 위해 볼트와 같은 별도의 고정 수단을 사용해야 하는 문제점이 있었다. 그리고, 전도성 기재와 프레임이 완벽하게 밀착되지 않아, 전주도금 공정 중 전도성 기재와 프레임의 경계에서 도금막이 균일하게 형성되지 않는 문제점도 있었다. 또한, 도금막을 전착한 후에, 전도성 기재를 프레임으로부터 분리하는 과정이 쉽지 않아 도금막에 손상을 입히는 문제점도 있었다.

본 발명은 금속 필러(50)를 전도성 기재(41)와 프레임(30) 사이에 개재하여 상기 문제점들을 해결할 수 있다.

먼저, 금속 필러(50)가 전도성 기재(41)와 프레임(30) 사이에 채워지므로 전도성 기재(41)와 프레임(30)을 접착할 수 있다. 금속 필러(50)는 저융점 금속 재질일 수 있다. 금속 필러(50)는 융점이 250℃를 초과하지 않는 금속으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 금속 필러(50)의 재질은 In, Sn 인 것이 바람직하다. 또한, 금속 필러(50)의 재질은 InSn, AuSn, InSb, PbSn, Pb 등 일 수 있다. 그렇기 때문에, 융점을 초과하는 낮은 온도로 금속 필러(50)를 가열하면, 프레임(30)과 전도성 기재(41)에 영향을 주지 않으면서, 프레임(30)과 전도성 기재(41) 사이에 액상으로 채워질 수 있다. 그리고, 냉각되면서 고상으로 변하면서 프레임(30)과 전도성 기재(41)를 접착할 수 있게 된다.

그리고, 금속 필러(50)는 전도성 기재(41), 프레임(30)과 같은 전도성 재질로서, 표면에서 전주도금에 의한 도금막(100)을 전착하므로, 전도성 기재(41), 프레임(30), 금속 필러(50) 상에서 도금막(100)이 균일하게 형성될 수 있다. 즉, 전도성 기재(41) 상에서 전착되는 도금막(100a, 100b), 금속 필러(50) 상에서 전착되는 도금막(100c) 및 프레임(30) 상에서 전착되는 도금막(100d)이 일체로 연결되어 도금막(100)[또는, 마스크(100)]를 구성할 수 있게 된다.

또한, 도금막(100)을 전착한 후에, 융점을 초과하는 낮은 온도로 금속 필러(50)를 가열하면, 금속 필러(50)가 액상으로 변하면서 프레임(30)과 전도성 기재(41)를 손쉽게 분리할 수 있고, 도금막(100)에 악영향을 미치지 않게 된다. 여기에 더하여, 전도성 기재(41)를 분리한 상태에서, 프레임(30)과 도금막(100)이 일체화된 상태에서 열처리(H)[도 6의 (g) 참조]를 수행하므로, 열처리(H) 과정에서 전도성 기재(41)의 성분과 도금막(100)의 성분이 반응하여 도금막(100)이 변질(일 예로, 실리사이드 형성)되는 문제를 방지할 수 있다.

한편, 금속 필러(50)를 전도성 기재(41)와 프레임(30) 사이에 채운 후에, 상부면을 평탄화 하는 CMP(chemical mechanical polish) 등의 연마 공정을 더 수행할 수 있다. 그리하여 도금막(100)이 형성될 전도성 기재(41), 금속 필러(50) 및 프레임(30)의 상부면을 평탄하게 일치시킬 수 있다.

다음으로, 도 5의 (d)를 참조하면, 전도성 기재(41), 금속 필러(50), 프레임(30)의 구조체를 음극체(20)[또는, 모판(20)]으로 사용하여, 전주 도금으로 도금막(100: 100a-100d)을 형성할 수 있다. 모판(20)[또는, 음극체(20)]과 대향하는 양극체(미도시)를 준비한다. 양극체(미도시)는 도금액(미도시)에 침지되어 있고, 모판(20)은 전부 또는 일부가 도금액(미도시)에 침지되어 있을 수 있다. 모판(20)[또는, 음극체(20)]과 대향하는 양극체 사이에 형성된 전기장으로 인해 도금막[마스크(100)]이 모판(20)의 표면에서 전착되어 생성될 수 있다. 다만, 전도성 기재(41) 상에서는 노출된 표면(46)에서만 도금막(100a, 100b)이 생성되며, 절연부(45) 표면에서는 도금막(100)이 생성되지 않으므로, 도금막(100)에 패턴[마스크 패턴(PP), 도 4 참조]이 형성될 수 있다.

전도성 기재(41) 표면으로부터 도금막(100)이 전착되면서 두꺼워지기 때문에, 절연부(45)의 상단을 넘기 전까지만 도금막(100)을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 절연부(45)의 두께보다 도금막(100)의 두께가 더 작을 수 있다. 도금막(100)은 절연부(45)의 패턴 공간(46)에 채워지며 전착되므로, 절연부(45)의 패턴과 역상의 형상을 가지며 생성될 수 있다.

전도성 기재(41), 프레임(30), 금속 필러(50)는 모두 전도성 재질이므로, 이들 상에서 도금막(100a-100d)이 일체로 연결되도록 형성될 수 있다. 특히, 전도성 기재(41)는 단결정 재질이므로, 전도성 기재(41) 상에서 전착되는 도금막(100a, 100b)에는 마스크 패턴(PP)에 악영향을 주는 결함이 발생하지 않게 된다. 그리고, 금속 필러(50) 및 프레임(30) 상에서 전착되는 도금막(100c, 100d)의 부분은 마스크 패턴(PP)을 형성하지 않고, 실질적으로 마스크(100)의 테두리 더미를 구성하는 부분이므로 도금막(100a, 100b)보다 다소 표면 결함이 있더라도 화소 공정에는 영향을 미치지 않게 된다.

다음으로, 도 6의 (e)를 참조하면, 모판(20)[또는, 음극체(40)]을 도금액(미도시) 바깥으로 들어올린다. 그리고, 모판(20)의 금속 필러(50) 부분에 소정의 열(MH)을 가할 수 있다. 열(MH)은 금속 필러(50)의 융점보다는 높고, 도금막(100) 및 프레임(30)에 악영향을 미치지 않는(열처리(H) 온도보다는 낮은) 비교적 저온인 것이 바람직하다. 그러면, 금속 필러(50)가 액상으로 변하게 되고, 프레임(30)과 전도성 기재(41)와의 접착력이 매우 약해지거나 거의 접착력이 없는 정도가 될 수 있다.

다음으로, 도 6의 (f)를 참조하면, 프레임(30) 및 도금막(100)으로부터 전도성 기재(41)[절연부(45) 포함]를 분리할 수 있다. 절연부(45)의 제거 공정이 더 수행될 수도 있다. 금속 필러(50)가 액상으로 변하면서 접착력이 약해졌으므로, 프레임(30)으로부터 전도성 기재(41)를 쉽게 분리할 수 있다. 전도성 기재(41)는 도금막(100) 및 프레임(30)의 하부 방향으로 분리할 수 있다. 따라서, 도금막(100)에 손상을 가하지 않고 전도성 기재(41)를 분리할 수 있게 된다. 전도성 기재(41)가 분리되면, 마스크(100)와 마스크(100)를 지지하는 프레임(30)이 일체로 형성된 형태가 나타난다. 본 명세서에서는 도 6의 (f)에 도시된 구조체를 프레임 일체형 마스크(10)라고 지칭한다.

다음으로, 도 6의 (g)를 참조하면, 프레임 일체형 마스크(10)의 도금막(100)[또는, 마스크(100)]에 대하여 열처리(H)를 수행할 수 있다. 본 발명은 마스크(100)의 열팽창계수를 낮춤과 동시에 마스크(100) 및 마스크 패턴(PP)의 열에 의한 변형을 방지하기 위해 열처리(H)를 수행하는 것을 특징으로 한다. 열처리는 300℃ 내지 800℃의 온도로 수행할 수 있다[도 7 참조].

일반적으로 압연으로 생성한 인바 박판에 비해, 전주 도금으로 생성한 인바 박판이 열팽창계수가 높다. 그리하여 인바 박판에 열처리를 수행함으로써 열팽창계수를 낮출 수 있는데, 이 열처리 과정에서 인바 박판에 약간의 변형이 생길 수 있다. 만약, 마스크(100)와 모판(20)이 분리된 후에, 마스크(100) 그 자체에 대해서만 열처리를 수행한다면 마스크 패턴(PP)에 일부 변형이 생길 수도 있다. 하지만, 본 발명은 마스크(100)를 프레임(30)에 접착하고, 마스크(100)와 프레임(30)이 일체인 프레임 일체형 마스크(10)를 전도성 기재(41)와 분리한 상태에서 열처리를 수행하기 때문에, 열처리 과정에서도 마스크(100)의 형태와 마스크 패턴(PP)의 형태가 일정하게 유지되고, 열처리로 인한 미세한 변형을 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 전도성 기재(41)가 도금막(100)과 맞닿은 상태에서 열처리(H)를 수행하면 열처리(H) 과정에서 전도성 기재(41)의 성분이 도금막(100)으로 확산되어 도금막(100)을 변질시키는 문제가 발생할 수 있다. 가령, 단결정 실리콘 기재(41)로부터 실리콘 성분이 도금막(100)으로 확산되어 도금막(100) 내에 실리사이드가 생기는 문제가 발생할 수 있는데, 본 발명은 전도성 기재(41)를 분리한 상태에서 열처리(H)를 수행하므로, 이러한 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열처리 후의 마스크의 열팽창계수(coefficient of expansion, CTE)를 나타내는 그래프이다. 80 X 200mm의 샘플에 대해서, 300℃, 350℃, 400℃, 450℃, 500℃, 550℃, 800℃의 7가지의 온도 구간에서 열처리를 수행한 인바 박판의 열팽창계수를 측정하였다. 도 7의 (a)는 상온(25℃)에서 약 240℃까지 온도를 올리면서 각 샘플의 열팽창계수를 측정한 결과를 나타내고, 도 7의 (b)는 약 240℃에서 상온(25℃)까지 온도를 하강하면서 각 샘플의 열팽창계수를 측정한 결과를 나타낸다. 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)를 참조하면, 열처리 온도에 따라 전주 도금으로 생성한 인바박판[또는, 마스크(100)]의 열팽창계수가 변화하며, 특히, 800℃의 열처리에서 가장 열팽창계수가 낮게 나타남을 확인할 수 있다.

따라서, 마스크(100)의 열팽창계수를 더 낮춤에 따라, ㎛ 스케일의 패턴(PP)의 변형을 방지하고, 초고화질의 OLED 화소를 증착할 수 있는 마스크(100)를 제조할 수 있다.

다음으로, 도 6의 (h)를 참조하면, 열처리(H)까지 완료하여 열팽창계수를 낮춘 프레임 일체형 마스크(10)가 완성된다. 본 발명의 프레임 일체형 마스크(10)는 마스크(100)와 프레임(30)이 일체인 상태에서 열처리(H)를 수행하므로, 마스크(100)가 프레임(30)에 단단히 지지되어 마스크(100) 및 마스크 패턴(PP)의 변형을 방지할 수 있다.

도 8은 도 6의 프레임 일체형 마스크(10)를 적용한 OLED 화소 증착 장치(200)를 나타내는 개략도이다.

도 8을 참조하면, 프레임 일체형 마스크(10)를 대상 기판(900)과 밀착시키고, 프레임(30) 부분만을 OLED 화소 증착 장치(200)의 내부에 고정시키는 것만으로 마스크(100)의 정렬이 완료될 수 있다. 마스크(100)는 프레임(30)과 일체로 연결되어 그 테두리가 팽팽하게 지지되므로, 마스크(100)가 하중에 의해 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형이 방지될 수 있다. 이에 따라, 화소 증착에 필요한 프레임 일체형 마스크(10)의 정렬을 명확하게 할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크(10)로부터 마스크(100)를 분리하는 과정을 나타내는 개략도이다.

한편, 본 발명은 제조된 프레임 일체형 마스크(10)로부터 마스크(100)만을 분리하는 것을 특징으로 한다. 프레임 일체형 마스크(10)의 마스크(100) 부분은 프레임(30)에 지지된 상태로 열처리(H)가 된 상태이므로, 마스크(100) 및 마스크 패턴(PP)의 변형이 없이, 열처리(H)로 인한 열팽창계수가 낮아진 특성을 가진다. 열처리(H)로 인한 열팽창계수가 낮아진 마스크(100)를 제조하는 과정은 이하와 같다.

도 9의 (a)를 참조하면, 먼저, 제조된 프레임 일체형 마스크(10)를 준비한다.

다음으로, 도 9의 (b)를 참조하면, 마스크(100)[또는, 도금막(100)]와 프레임(30)의 경계 부분에 레이저(L)를 조사하여 마스크(100)에 분리 선을 형성할 수 있다. 즉, 도금막(100) 중에서 적어도 프레임(30)과 접촉된 영역보다 내측 영역(100b, 100c)에 레이저(L)를 조사하여, 마스크(100a-100c)와 마스크(100d)의 경계를 레이저 트리밍(laser trimming) 할 수 있다.

다음으로, 도 9의 (c)를 참조하면, 마스크(100)를 프레임 일체형 마스크(10)로부터 분리할 수 있다. 프레임 일체형 마스크(10)에 레이저(L) 조사에 따른 분리 선이 형성되어 있으므로, 이 분리 선을 따라 마스크(100)가 곧바로 떼어질 수 있다. 따라서, 마스크(100) 및 마스크 패턴(PP)의 변형이 없이, 열처리(H)로 인한 열팽창계수가 낮아진 특성을 가지는 마스크(100)를 획득할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

10: 프레임 일체형 마스크
20: 모판
30: 프레임
41: 전도성 기재
45: 절연부
50: 금속 필러
100: 마스크, 새도우 마스크, FMM(Fine Metal Mask)
200: OLED 화소 증착 장치
DP: 디스플레이 패턴
H: 열처리
PP: 화소 패턴, 마스크 패턴

Claims (18)

1. 전주 도금(Electroforming)으로 마스크를 제조하는 방법으로서,
   (a) 전도성 기재 및 전도성 기재 주변에 배치되는 프레임을 제공하는 단계;
   (b) 전도성 기재와 프레임 사이에 금속 필러를 개재하여 전도성 기재와 프레임을 접착하는 단계;
   (c) 전도성 기재, 금속 필러, 프레임의 구조체를 음극체(Cathode Body)로 사용하여, 전주 도금으로 구조체 상에 도금막을 형성하는 단계;
   (d) 금속 필러가 용융될 수 있는 열을 인가하는 단계;
   (e) 전도성 기재를 도금막 및 프레임으로부터 분리하는 단계; 및
   (f) 도금막을 열처리하는 단계
   를 포함하는, 마스크의 제조 방법.
2. 전주 도금(Electroforming)으로 마스크를 제조하는 방법으로서,
   (a) 일면 상에 패턴화된 절연부가 형성된 전도성 기재 및 전도성 기재 주변에 배치되는 프레임을 제공하는 단계;
   (b) 전도성 기재와 프레임 사이에 금속 필러를 개재하여 전도성 기재와 프레임을 접착하는 단계;
   (c) 전도성 기재, 금속 필러, 프레임의 구조체를 음극체(Cathode Body)로 사용하여, 전주 도금으로 구조체 상에 도금막을 형성하는 단계;
   (d) 금속 필러가 용융될 수 있는 열을 인가하는 단계;
   (e) 전도성 기재를 도금막 및 프레임으로부터 분리하는 단계; 및
   (f) 도금막을 열처리하는 단계
   를 포함하는, 마스크의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   전도성 기재는 도핑된 단결정 실리콘 재질, 또는 Ti, SUS, Cu, Ag, GaN, SiC, GaAs, GaP, AlN, InN, InP, Ge, Al₂O₃, 흑연(graphite), 그래핀(graphene), 페로브스카이트(perovskite) 구조의 세라믹, 단결정 초내열합금 중 어느 하나의 재질인, 마스크의 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   금속 필러는 융점이 250℃를 초과하지 않는, 마스크의 제조 방법.
5. 제1 항에 있어서,
   금속 필러는 In, Sn, InSn, AuSn, InSb, PbSn, Pb 중 어느 하나의 재질인, 마스크의 제조 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   (b) 단계와 (c) 단계 사이에, 금속 필러의 상부를 연마하여 전도성 기재 및 프레임과 상부면을 일치시키는 단계를 더 포함하는, 마스크의 제조 방법.
7. 제2항에 있어서,
   절연부는 포토레지스트, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중 어느 하나의 재질인, 마스크의 제조 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   (f) 단계의 열처리는 300℃ 내지 800℃로 수행하는, 마스크의 제조 방법.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   도금막은 인바(Invar) 또는 슈퍼 인바(Super Invar) 재질이고,
   프레임은 인바, 슈퍼 인바, Ti, Al, Ni, Ni-Co, Mo, W, SUS, SiC, 흑연 중 어느 하나의 재질인, 마스크의 제조 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (g) 도금막의 적어도 프레임과 접촉된 영역보다 내측 영역에 레이저를 조사하는 단계; 및
    (h) 프레임으로부터 도금막을 분리하는 단계
    를 더 포함하는, 마스크의 제조 방법.
11. 전주 도금(Electroforming)으로 마스크를 제조시 사용되는 모판(Mother Plate으로서,
    전도성 기재;
    전도성 기재 주변에 배치되는 프레임; 및
    전도성 기재와 프레임 사이에 개재되는 금속 필러
    를 포함하는, 모판.
12. 전주 도금(Electroforming)으로 마스크를 제조시 사용되는 모판(Mother Plate으로서,
    일면 상에 패턴화된 절연부가 형성된 전도성 기재;
    전도성 기재 주변에 배치되는 프레임; 및
    전도성 기재와 프레임 사이에 개재되는 금속 필러
    를 포함하는, 모판.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    전도성 기재는 도핑된 단결정 실리콘 재질, 또는 Ti, SUS, Cu, Ag, GaN, SiC, GaAs, GaP, AlN, InN, InP, Ge, Al₂O₃, 흑연(graphite), 그래핀(graphene), 페로브스카이트(perovskite) 구조의 세라믹, 단결정 초내열합금 중 어느 하나의 재질인, 모판.
14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    금속 필러는 융점이 250℃를 초과하지 않는, 모판.
15. 제11 항 또는 제12항에 있어서,
    금속 필러는 In, Sn, InSn, AuSn, InSb, PbSn, Pb 중 어느 하나의 재질인, 모판.
16. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    금속 필러의 상부면은 전도성 기재 및 프레임과 상부면과 일치하는, 모판.
17. 제12항에 있어서,
    절연부는 포토레지스트, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중 어느 하나의 재질인, 마스크의 제조 방법.
18. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    프레임은 인바, 슈퍼 인바, Ti, Al, Ni, Ni-Co, Mo, W, SUS, SiC, 흑연 중 어느 하나의 재질인, 모판.

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